Problemas de Cinetica Quimica

UNI FIQT – AACB Cinética Química

II. PROBLEMAS DE CINÉTICA QUÍMICA

1. Para la reacción: N2O5 (g) → 2 NO2 (g) + 0,5 O2 (g)

Se obtiene los siguientes datos experimentales:

Tiempo

(s)

0,00 319 867 1877 2315 3144

M (N2O5) 2,33 1,91 1,36 0,72 0,55 0,34

Determine:

a) El orden de la reacción por el método gráfico.

b) La constante específica de velocidad a partir de la gráfica.

c) La concentración del pentóxido de dinitrógeno, cuando ha transcurrido 2500

segundos.

d) La ley de velocidad.

2. Considere la reacción hipotética, en un volumen de 100 mL

A (aq) → 2 B (aq)

Tiempo (min) 0 10 20 30 40

Moles de A 0,065 0,051 0,042 0,036 0,031

a) Calcule el número de moles de B en cada tiempo establecido, suponga que

no hay moléculas de B al inicio.

b) ¿Cuál es el orden de la reacción?

c) ¿Cuál es la ecuación de la velocidad?

d) ¿Cuál es la vida media de los reactivos?

e) ¿Cuál es la molaridad de A en una hora?

Ing. J. J. Flores Ramos 20


f) ¿Cuál es la molaridad de B en una hora?

3. Se estudia la velocidad de descomposición del azometano, midiendo la presión

parcial del reactivo en función del tiempo.

CH3-NN-CH3 (g) N 2 (g) + C2H6 (g)

A continuación se muestra los valores obtenidos a 300°C

Tiempo(s) 0 100 150 200 250

Presión del azometano

(mmHg)284 220 193 170 150

¿Cuál es la constante y ecuación de la velocidad?

4. La descomposición del dimetiéter a 540°C es:

2(CH3)2O(g) 3CH4(g) + CO2(g)

Los siguientes datos son presiones parciales del dimeti l éter

(DME) en función del t iempo:

Tiempo (s) 0 390 777 1195 3155

PDME (mmHg) 312 264 224 187 78,5

a) ¿Cuál es el orden de la reacción?

b) ¿Cuál es la presión total, transcurrido 390 segundos?

5. En la descomposición del N 2O5 a 45 °C según la ecuación

2N2O5 (g) 4NO2 (g) + O2 (g)

Se obtuvieron los siguientes datos de concentración.

Tiempo(s) 0 200 400 600 800 1000 1200



[N2O5](mol/L 0,250 0,223 0,198 0,174 0,152 0,134 0,120

a) ¿Cuál es la ley de velocidad?

b) ¿Cuál es la velocidad de reacción a 500 segundos?

6. La descomposición de NO 2 en fase gaseosa para formar NO y O 2

se estudia a 383°C y se obtiene los datos siguientes:

Tiempo (S) [NO2] (mol/L)

0,0

5,0

10,0

15,0

20,0

0,100

0,017

0,0090

0,0062

0,0047

a) ¿Cuál es el orden de la reacción?

b) ¿Cuál es el valor de la constante de velocidad?

7. La constante de velocidad para la reacción entre el bromoetano y

los iones hidróxido en el agua, C 2H5Br(aq) + OH - (aq)

C2H5OH(aq) + Br - (aq) se midió a diversas temperaturas y aquí se

muestra los resultados:

Temperatura (°C) k (L.mol-1.s-1)

25 8,8 x 10-5

30 1,6 x 10-4

35 2,8 x 10-4

40 5,0 x 10-4

45 8,5 x 10-4


– –


50 1,4 x 10-3

a) Mediante un gráfico determine la energía de activación.

b) Determine la constante de velocidad a 60 °C.

c) Escriba la ecuación de la velocidad posible a 25 °C.

8. A 328 K, la presión total de la mezcla de reacción en la cual el pentóxido de di-

nitrógeno se descompone a NO2 y O2 varió con el tiempo, como se muestra en

el cuadro adjunto.

a) Determine la constante de la velocidad de reacción a 328 K.

b) Determine la presión de la mezcla gaseosa a los 35 minutos en Kpa.

Tiempo (min) Presión ( kPa)

0 27,3

5 43,7

10 53,6

15 59,4

20 63,0

30 66,3

9. La descomposición térmica de la arsina es,

2 AsH3 (g) → 2 As (s) + 3 H2 (g)

y se encontró que la presión total del sistema varía con el tiempo como se indi-

ca a continuación a 380 °C



Tiempo (h) 0 4,43 16 25,5 37,66 44,75

Presión (atm) 39,2 40,3 43,65 45,35 48,05 48,85

a) Determinar la presión parcial del hidrógeno en atmósferas, luego de 50 ho-

ras de iniciado el proceso a 380 ºC.

b) Determinar la constante de velocidad específica a 500 °C, considere que la

energía de activación no varía en el proceso y cuyo valor determinado en

otros experimentos cinéticos es 83,72 kJ/mol.

10. Se ha estudiado la velocidad de reacción a 328 K.

2 N205 (g) → 4 NO2 (g) + O2 (g)

Inyectando N205 (g) en un reactor y midiendo la presión a volumen constante

Tiempo (min) 0 5 10 15 20 30

Presión (kPa) 27,3 43,7 53,6 59,4 63,0 66,3

Determine la presión parcial del dióxido de nitrógeno en el reactor a 328 K luego

de 2400 segundos de iniciado el proceso, en kilopascal.

11. La dependencia con la temperatura de la constante de velocidad de reacción

CO (g) + NO2 (g) → CO2 (g) + NO (g)

Se muestra a continuación:



Temperatura (ºC) 327 377 427 477 527

K (M-1s-1) 0,028 0,22 1,3 6,0 23

Determine la constante de velocidad de reacción a 557 ºC

12. Indique verdadero (V) o falso (F) a las proposiciones siguientes:

a) Según la función de distribución de las energías de Maxwell- Boltz-

man para 200 K y 500 K. A 200 K no puede existir ninguna molécula con una

energía igual a la energía de activación.

b) Mediante la termodinámica podemos determinar experimentalmente la ener-

gía de activación de un proceso.

c) Los alótropos de un mismo elemento tienen la misma rapidez, a las mismas

condiciones.

d) Para el siguiente proceso: 2 A + 3 B → D

La rapidez de B es 50 % mayor que dé A

e) La molecularidad y el orden de la reacción son iguales.

13. La fosfina, PH3 se descompone térmicamente según la reacción:

PH3 (g) 0,25 P4 (g) + 1,5 H2 (g)

La tabla siguiente muestra la evolución temporal de la presión total cuando di-

cha sustancia se descompone en un recipiente a volumen constante a 600 ºC.

Determine la presión parcial de la fosfina luego de 2 minutos de iniciado el pro-

ceso de descomposición.

Tiempo (s) 20 30 40 50 60 80 100 ∞

P(mm de Hg) 625 670 705 735 760 800 825 875




a) La temperatura de los insectos siguen las oscilaciones del medio ambiente,

por ello la actividad de la abeja es superior en invierno.

b) La mayoría de las reacciones son elementales.

c) Los reactivos deben superar la barrera de la energía de activación para po-

der convertirse en productos en una reacción endotérmica.

d) Mediante la ecuación de Arrhenius se puede determinar la energía de acti-

vación, empleando datos experimentales.

e) Los valores de ∆Hr, ∆Sr y ∆Gr no se ven afectados con la presencia del ca-

talizador.

f) Las propiedades del catalizador son actividad, selectividad, estabilidad y al-

ta área superficial.

g) Los catalizadores inorgánicos son más específicos y aumentan más la velo-

cidad de una reacción que las enzimas.

h) El cambio de entalpía se determina mediante la cinética química.

15. El azometano, CH3N2CH3, se descompone en etano y gas nitrógeno en la reac-

ción CH3N2CH3 (g) → CH3CH3 (g) + N2 (g), la reacción se siguió a 460

K midiendo la presión parcial del azometano en los tiempos:

Tiempo (s) 0 1000 2000 3000 4000

Presión (torr)x102 8,20 5,72 3,99 2,78 1,94

¿Cuál es la presión total de la mezcla gaseosa en torr, luego de 75 min de ini-

ciado el proceso?



16. El ciclobutano se descompone en etileno, de acuerdo con la ecuación:

C4H8 (g) 2 C2H4 (g)

Determine la presión total de la mezcla gaseosa presente, luego de 3 h

(en mm de Hg), Para determinar el orden de la reacción, emplear el método

gráfico en papel milimetrado.

Tiempo (s) 0 2000 4000 6000 8000 10 000

P (C4H8), mm Hg 400 316 248 196 155 122

17.La dependencia con la temperatura de la constante de velocidad de la reac-

ción: CO (g) + NO2 (g) CO2 (g) + NO (g)

Se muestra tabulada a continuación, determine:

a) La energía de activación en J/mol

b) Al adicionar un catalizador a la reacción anterior a 850 K, la energía de ac-

tivación disminuye en 25 %, determine en cuanto se ha incrementado la ra-

pidez de la reacción.

Temperatura (K) 600 650 700 750 800

K (M-1 . s-1) 0,028 0,22 1,3 6,0 23

18.La dependencia con la temperatura de la constante de velocidad de la reacción

CO(g) + NO2(g) → CO2(g) + NO(g)

se muestra a continuación:

Temperatura(º C) 327 377 427 477 527

K (M-1s-1) 0,028 0,22 1,3 6,0 23

a) Determine la constante de velocidad de reacción a 557 ºC por el método

gráfico y analítico.

b) Determine la energía de activación del proceso



19. A 55 °C, la presión total de la mezcla de reacción en la cual el componente A

se descompone en B y C según la ecuación:

2 A (g) → 4 B (g) + C (g)

Varió con el tiempo, como se muestra en el cuadro adjunto.

a) Determine la ley de velocidad.

b) ¿Cuál es la presión total en 40 minutos, dar la respuesta en kilopascal?

c) ¿Cuál es la presión parcial de A, B y C en 35 minutos, dar la respuesta en ki -

lopascal

Tiempo (min) 0 5 10 15 20 30

Presión total (kPa) 27,3 43,7 53,6 59,4 63,0 66,3

20.La dependencia con la temperatura de la constante de velocidad de reacción

CH3CHO (g) → CH4 (g) + CO (g)

Se muestra a continuación:

Temperatura (ºC) 427 457 487 517 537

K (M-1/2s-1) 0,011 0,035 0,105 0,343 0,789

Determine:

a) La energía de activación en kJ.mol-1

b) La constante de velocidad de la reacción a 577 ºC.



21.La descomposición del peróxido de hidrógeno en presencia de un catalizador

reporta los siguientes resultados experimentales

Θ (min) 0,00 15,00 30,00

a-x 25,4 9,83 3,81

a) Determine la constante velocidad por el método analítico.

b) ¿Cuál es la concentración del peróxido de hidrógeno remanente, luego de

600 segundos?

22.Con los datos experimentales dados para la descomposición del óxido nitroso

Θ (s) 900 1800 3180 3900

X (%) 16,5 32 50 57

a) Determine el orden de la reacción y la constante de velocidad específica.

b) El porcentaje de descomposición cuando transcurrieron 2500 segundos.

c) Represente el perfil de la reacción en una gráfica, energía versus avance de

la reacción.

23. El fosfano, PH3 se descompone térmicamente según la reacción:

PH3 (g) → 1/4 P4 (g) + 3/2H2 (g)

La tabla siguiente muestra la evolución temporal de la presión total cuando di-

cha sustancia se descompone en un recipiente a volumen constante a una

temperatura de 600 ºC.


Tiempo (s) 20 30 40 50 60 80 100 ∞

Presión total (torr) 625 670 705 735 760 800 825 875


Comprobar que la cinética es de primer orden, mediante un gráfico en papel mi-

limetrado y con el cual determine:

a) La constante específica de la velocidad de reacción a 600 ºC.

b) Determine un gráfico en papel milimetrado para determinar la vida media del

reactivo en segundos.

c) Con ayuda del gráfico de la pregunta anterior, determine la presión parcial

del del fosfano luego de 120 segundos.

24.La variación de la constante de velocidad con la temperatura para la reacción

de primer orden, 2 N2O5 (g) → 2 N2O4 (g) + O2 (g)

está dada en la siguiente tabla. Determine la energía de activación para la reac-

ción.


a) La temperatura de los insectos siguen las oscilaciones del medio ambiente,

por ello la actividad de la abeja es superior en invierno. ( )

b) La mayoría de las reacciones son elementales. ( )

c) El aumento del área superficial incrementa la velocidad de la rxn. ( )

d) Mediante la ecuación de Arrhenius se puede determinar la energía de activa-

ción, empleando datos experimentales. ( )

e) Los valores de ∆Hr, ∆Sr y ∆Gr no se ven afectados con la presencia del ca-

talizador. ( )


Temperatura (ºC) 25 35 45 55 65

k (s-1) 1,74.10-5 6,61.10-5 2,51.10-4 7,59.10-4 2,40.10-3


f) Las propiedades del catalizador son actividad, selectividad, estabilidad y alta

área superficial. ( )

g) Los catalizadores inorgánicos son más específicos y aumentan más la velo-

cidad de una reacción que las enzimas. ( )

h) El cambio de entalpía se determina mediante la cinética química. ( )

26. El azometano, CH3N2CH3, se descompone en etano y gas nitrógeno en la

reacción CH3N2CH3 (g) → CH3CH3 (g) + N2 (g), la reacción se siguió a 460

K midiendo la presión parcial del azometano en los tiempos:

Tiempo (s) 0 1000 2000 3000 4000

Presión (torr)x102 8,20 5,72 3,99 2,78 1,94

¿Cuál es la presión total de la mezcla gaseosa en torr, luego de 75 min de ini -

ciado el proceso?

27. Se ha estudiado la velocidad de reacción a 328 K.

2 N205 (g) → 4 NO2 (g) + O2 (g)

Inyectando N205 (g) en un reactor y midiendo la presión a volumen constante

Tiempo (min) 0 5 10 15 20 30

Presión (kPa) 27,3 43,7 53,6 59,4 63,0 66,3

Determine la presión parcial del dióxido de nitrógeno en el reactor a 328 K lue-

go de 2400 segundos de iniciado el proceso, en kilopascal.

28. ¿Cuál de las siguientes afirmaciones es correcta? Justifique su respuesta.

Para iniciar el proceso de combustión del carbón, éste debe calentarse pre-

viamente porque:



a) la reacción de combustión es endotérmica

b) se necesita superar la energía de activación

c) la reacción de combustión es exotérmica

d) la reacción de combustión no es espontánea a temperatura ambiente.

29. Determina el orden de reacción y la ley de velocidad para un proceso en el

cuál la velocidad vale 1.10-5 mol/L.s cuando la concentración del reactivo A es

0,5 M y 27.10-5mol/L.s cuando la concentración es 1,5 M.

30. Una sustancia se descompone según una cinética de segundo orden. Si la ve-

locidad específica es de 6,8.10-4 dm3/(mol.s), calcular el tiempo de vida media

de la sustancia si:

a) la concentración inicial es 0,05 M

b) la concentración inicial es 10-5 M

31. Para distintas concentraciones de los reactivos A y B se ha determinado la

velocidad de reacción r. En base a los siguientes datos calcular los órdenes

parciales, el orden total de la reacción y la velocidad específica de la misma.

Molaridad de A Molaridad de B Velocidad de la reacción (M.s-1)

2,3.10-4 3,1.10-5 5,2.10-4

4,6.10-4 6,2.10-5 4,16.10-3

9,2.10-4 6,2.10-5 1,664.10-2

32. El NH3 se descompone sobre un filamento de tungsteno caliente dando como

productos N2 e H2. La reacción puede seguirse midiendo el aumento de pre-

sión a volumen constante. Cuando la reacción tiene lugar a 900 °C con una

presión inicial de 200 mm de Hg, se obtienen los siguientes valores:



Tiempo (s) 100 200 400 600 900 1000

∆p (mm Hg) 11 22,1 44 66,3 97,8 110

Determinar el orden de la reacción y la constante de velocidad específica.

33. La descomposición térmica de la arsina es:

2 AsH3 (g) 2 As (s) + 3 H2 (g)

y se encontró que la presión total del sistema varía con el tiempo como se indi-

ca a 380°C

Tiempo (h) 0 4,33 16 25,5 37,66 44,75

Presión (kPa) 39,2 40,3 43,65 45,35 48,05 48,85

a).Determinar el orden de la reacción con respecto a la arsina y la constante

de velocidad específica.

b) Cómo variará la constante de velocidad específica a 500°C si E = 20 Kcal/

mol.

34. Considere la reacción de orden cero A → productos.

a) Escriba la ley de velocidad.

b) ¿Cuáles son las unidades de la constante de velocidad?

c) Dibuje la gráfica que represente la variación de la velocidad con la concen-

tración de A.

d) ¿Puede ser la molecularidad cero?

35. A partir de los datos de temperatura y constante de velocidad que aparecen en

la tabla, calcule gráficamente el valor de aquel o aquellos parámetros cinéticos

que considere oportunos, indicando de qué parámetro o parámetros se trata y

cuáles son sus unidades.



Temperatura (K) 338 328 318 308

k . 104 (s-1) 48,7 15,0 4,98 1,35

36. La dependencia con la temperatura de la constante de velocidad de la reac-

ción:

CO (g) + NO2 (g) CO2 (g) + NO (g)

Se muestra tabulada a continuación, determine:

c) La energía de activación en J/mol

d) Al adicionar un catalizador a la reacción anterior a 850 K, la energía de ac-

tivación disminuye en 25 %, determine en que porcentaje se ha incrementa-

do la rapidez (velocidad) de la reacción.

Temperatura (K) 600 650 700 750 800

K (M-1 . s-1) 0,028 0,22 1,3 6,0 23

Reacción exotérmica


Documents

Problemas de Cinetica Quimica